基于波動理論的有限尺寸結(jié)構(gòu)短時瞬態(tài)響應(yīng)與功率流控制.pdf

1、隨著航天事業(yè)的發(fā)展，航天器結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，使用的火工裝置也越來越多?；鸸ぱb置在執(zhí)行爆炸分離的任務(wù)過程中，將在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生很高量級的加速度短時瞬態(tài)響應(yīng)，這將造成飛行器結(jié)構(gòu)敏感電子設(shè)備的損傷，甚至破壞，可能導(dǎo)致飛行器災(zāi)難性的事故。與此同時，航天器承擔(dān)的任務(wù)越來越多,對航天器的控制精度和穩(wěn)定性指標(biāo)的要求更為嚴格，航天器結(jié)構(gòu)的中、高頻擾動問題也日益突出，結(jié)構(gòu)功率流可以有效地描述結(jié)構(gòu)中、高頻擾動的傳播。因此，為使航天器在更安全、穩(wěn)定的環(huán)境中工作，研

2、究沖擊載荷作用下結(jié)構(gòu)的短時瞬態(tài)響應(yīng)以及結(jié)構(gòu)功率流傳播與控制問題具有重要意義。
　　對于以高頻響應(yīng)為主的短時瞬態(tài)響應(yīng)的求解及分析，基于穩(wěn)態(tài)的有限元方法及模態(tài)疊加思路已不適用，一般采用基于波動理論的分析方法。在這方面的研究前人已做了大量工作，但其中對于有限尺寸結(jié)構(gòu)短時瞬態(tài)響應(yīng)的求解及功率流控制問題，研究得還不充分，到目前為止，在采用廣義射線法和回傳射線矩陣法研究有限尺寸板結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用的短時瞬態(tài)響應(yīng)方面,尚未見相應(yīng)的文獻。

3、　　本文研究有限尺寸結(jié)構(gòu)短時瞬態(tài)響應(yīng)與功率流控制問題?；诓▌永碚摚l(fā)展了前人的方法，主要采用廣義射線法和回傳射線矩陣法，研究有限尺寸板結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用下的短時瞬態(tài)響應(yīng)問題，為解決此類問題提供了一條有效的途徑。本文具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，拓展了廣義射線法和回傳射線矩陣法的研究范圍，將其推廣用于研究沖擊載荷作用下有限尺寸板結(jié)構(gòu)的短時瞬態(tài)響應(yīng)問題。以往研究者采用廣義射線法和回傳射線矩陣法研究了梁、平面桁架和空間鋼架等結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)

4、響應(yīng)問題。本文基于Mindlin板理論，采用廣義射線法，得到?jīng)_擊載荷作用下平板結(jié)構(gòu)中傳播的射線群，并采用廣義射線法與回傳射線矩陣法，研究有限尺寸L型垂直板結(jié)構(gòu)中傳播的各條射線群，進而計算有限尺寸板結(jié)構(gòu)的短時瞬態(tài)響應(yīng)，分析板厚度、材料性質(zhì)和沖擊載荷類型對結(jié)構(gòu)短時瞬態(tài)響應(yīng)的影響。通過與實驗結(jié)果對比，驗證有限尺寸平板結(jié)構(gòu)的短時瞬態(tài)響應(yīng)理論研究結(jié)果。
　　其次，在以上的研究基礎(chǔ)上，進一步將回傳射線矩陣法拓展應(yīng)用于研究復(fù)合材料加肋層合板結(jié)構(gòu)

5、受沖擊載荷作用下的短時瞬態(tài)響應(yīng)問題。通過 Laplace變換，并采用回傳射線矩陣法，基于一階剪切變形層合板理論，研究復(fù)合材料加肋層合板結(jié)構(gòu)中傳播的各條射線群，采用FFT變換，計算各種沖擊載荷作用下加肋層合板結(jié)構(gòu)的短時瞬態(tài)響應(yīng)，并分析討論肋條數(shù)目和沖擊載荷類型對加肋層合板結(jié)構(gòu)短時瞬態(tài)響應(yīng)的影響。
　　第三，將廣義射線法和回傳射線矩陣法推廣應(yīng)用于研究有限尺寸復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊載荷作用下的短時瞬態(tài)響應(yīng)問題?；谝浑A剪切變形殼理論

6、和Laplace變換，采用廣義射線法與回傳射線矩陣法，得到Laplace相空間中層合圓柱殼結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用的各條射線群，采用FFT變換處理各射線群的Laplace逆變換，計算復(fù)合材料層合圓柱殼結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用的短時瞬態(tài)響應(yīng)，并比較兩種方法的計算結(jié)果。進而討論殼體厚度、鋪層順序和沖擊載荷類型對復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)短時瞬態(tài)響應(yīng)的影響。
　　第四，提出了采用無功功率流(Reactive Power Flow)進行結(jié)構(gòu)振動控制新方法。以

7、往研究者主要研究有功功率流(Active Power Flow)在結(jié)構(gòu)中傳播和控制問題。本文基于梁結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程，采用波動方法計算結(jié)構(gòu)的中、高頻動力響應(yīng)，詳細分析結(jié)構(gòu)有功和無功功率流的物理意義。分別基于有功功率流、無功功率流和加速度響應(yīng)，采用主動振動控制方法，研究L型垂直梁結(jié)構(gòu)的振動主動控制。從研究結(jié)果可見，通過控制結(jié)構(gòu)的無功功率流，可以有效抑制結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。并分析控制力誤差和傳感器位置對各種控制力控制效果的影響。
　　最后，

8、采用波動方法研究有限尺寸閉合連接板結(jié)構(gòu)的振動功率流主動控制問題。以往研究者針對梁和板結(jié)構(gòu)的功率流傳播問題進行了不少研究工作，但還未見關(guān)于有限尺寸耦合連接板結(jié)構(gòu)的功率流主動控制的研究結(jié)果報道。本文采用波動方法，分別基于經(jīng)典薄板和Mindlin板理論，研究有限尺寸耦合連接板結(jié)構(gòu)的有功與無功功率流，并討論結(jié)構(gòu)阻尼對有功與無功功率流的影響。采用前饋主動控制方法，對板結(jié)構(gòu)連接點處傳遞的振動功率流進行抑制研究，并分析控制力誤差對振動控制效果的影響。